A nanotechnológia kolloidkémiai alapjai c. tárgy zárthelyi dolgozatainak lehetséges kérdései, 2015. tavasz
BEVEZETÉS, A KOLLOID RENDSZEREK CSOPORTOSÍTÁSA, NANORÉSZECSKÉK 1. Mit nevezünk kolloid rendszernek?
2. Adja meg a kolloid diszperz rendszerek két fő összetevőjét!
3. Miért nem sorolhatók a kolloid rendszerek egyértelműen az enyvszerű anyagok közé?
4. Hogyan állapítaná meg a legegyszerűbb módon egy víztiszta (teljesen átlátszó, színes v. színtelen) folyadékról, hogy az vajon kolloid-e?
5. Miben látja az Ostwald-féle diszperz rendszer elmélet lényegét?
6. Adja meg a kolloid részecskék fő típusait!
7. Elemezze a különböző típusú kolloid részecskék egyező és eltérő tulajdonságai?
8. Milyen eredetű a kolloid részecskék Brown-mozgása?
9. Adja meg a kolloid részecskék mérettartományát! Mi az oka, hogy még a szemmel látható buborékokat tartalmazó habokat is a kolloid rendszerek közé soroljuk?
10. Mit mutat a Tyndall-jelenség és mi a magyarázata?
11. Milyen esetben beszélhetünk határfelületről?
12. Hány darab gömb alakú molekula alkotja a legkisebb mikrofázist?
13. Mit ért kolloid oldat és kolloid diszperzió alatt?
14. Mit ért durva diszperzió alatt?
15. Mit ért kolloid diszperziók eloszlási, aggregatív és kinetikai állandósága alatt?
16. Mely kolloid részecskék alkotnak termodinamikailag instabil rendszert és miért?
17. Miért beszélhetünk kolloid diszperziók esetén csak kinetikai állandóságról?
18. Miért nincs termodinamikai állandóság fáziskolloidoknál?
19. Mit nevezünk gélnek?
20. Mit értünk gélesedésen?
21. Mit ért a gélek reverzibilitásán? A főtt tojásfehérje reverzibilis gél?
22. Milyen gélek keletkeznek a liogélek kiszáradásával?
23. Mit nevezünk mikro Brown-mozgásnak?
24. Milyen állapotban vannak a makromolekulás oldatok théta körülmények között?
25. Sorolja fel a makromolekulák kisebb egységeit! Mik azok a polielektrolitok? Adjon meg konkrét példát!
26. Mi a monomer és a szegmens a makromolekulákban?
27. Jó vagy rossz oldószerben nagyobb a makromolekula oldatának viszkozitása? (Az oldószerek viszkozitása és a makromolekulás oldatok töménysége megegyezik.)
28. Rajzolja fel egy micella sematikus képét az amfipatikus molekulák vizes oldatában!
Értelmezze a jelöléseit!
29. Csoportosítsa a diszperziókat (fáziskolloidokat) a diszperz rész és a diszperziós közeg halmazállapota szerint! Hozzon gyakorlati példákat!
30. Mi a tixotrópia?
31. Mely kolloid rendszerekhez sorolja következő anyagokat: tej, köd, kocsonya, aktív szén, cigarettafüst, tömény szappan-oldat, szappan darabka, fehérje oldat, sörhab, Au nanorészecskékkel festett ablaküvegek?
32. Mi a nanotechnológia? Adja meg a nanoanyagok típusait!
33. Mit ért az anyagok reszponzív viselkedésén? Adjon meg példákat!
KOLLOID RÉSZECSKÉK ELEKTROMOS TÖLTÉSE 34. Mi okozhat kinetikai állandóságot fáziskolloidoknál?
35. Milyen módon tehet szert egy felület elektromos töltésre?
36. Mit ért ekvivalens, de szelektív ionadszorpción?
37. Mit fejez ki az ellenionok liotrop sora? Mi áll a jelenség hátterében?
38. Mit értünk specifikus adszorpción?
39. Mi az izomorf helyettesítés?
40. Mit mond ki a Coehn-szabály?
41. Ismertesse a legfontosabb elektromos kettősréteg modellek lényegét! Térjen ki mindig a kettősréteg szerkezetére, és az elektromos potenciál függvény alakjára!
42. Mit fejez ki a reciprok Debye-Hückel paraméter reciproka (1/κ)? Értéke mivel arányos?
43. Hogyan képes befolyásolni az elektromos kettősréteg vastagságát?
44. Mi indokolja a Stern-féle elektromos kettősréteg modell azon állítását, miszerint az ellenionok a felület közvetlen környezetében rendezettebben és tömörebb illeszkedésben helyezkednek el, míg tőle távolabb diffúzabb módon?
45. Definiálja a felületi, Stern és elektrokinetikai (zéta) potenciált.
46. Mi a hasadási sík, és hogyan függ helyzete a diszperziós közegben oldott elektrolitok töménységétől?
47. Nevezze meg a zéta potenciál meghatározására alkalmas legfontosabb módszereket!
48. Rajzolja fel a zéta-potenciál megváltozási lehetőségeit inert elektrolit, valamint potenciál-meghatározó ion töménységének függvényében!
49. Milyen ellenionokkal képes áttölteni egy szol-részecske felületét?
50. Érzékeltesse az elektromos áttöltést az elektromos potenciálkülönbség – felülettől vett távolság függvény megadásával.
51. Érzékeltesse az elektromos áttöltést a zéta potenciál – elektrolit töménység függvény megadásával.
52. Kis töltésszámú ionok milyen esetekben idézhetnek elő elektromos áttöltést?
KOLLOID RÉSZECSKÉK VONZÓ ÉS TASZÍTÓ KÖLCSÖNHATÁSA
53. Véleménye szerint hogyan befolyásolhatjuk elektromosan stabilizált hidroszolok kinetikai állandóságát elektrolitokkal? Állításait indokolja!
54. Mely kolloid kölcsönhatások szerepelnek a kolloidstabilitás DLVO-elméletében? Adja meg a kölcsönhatások eredetét!
55. Írja le tömören a kolloidstabilitás DLVO-elméletének lényegét!
56. Hogyan befolyásolja a kolloid részecske és a diszperziós közeg közötti polaritás különbség a kolloid részecskék közötti vonzó kölcsönhatást?
57. Hogyan függ a vonzó illetve taszító kölcsönhatás a részecske-részecske távolságtól?
Ábrázolja diagramon, és nevezze meg a függvénykapcsolat típusát!
58. Rajzolja fel az eredő (pár)kölcsönhatási energia részecske-részecske távolság függvényt a DLVO-elmélet alapján! Mutassa meg a stabil (a), lassú koaguláció (b) és gyors koaguláció lehetőségét!
59. Legalább milyen nagy az eredő kölcsönhatási energia vs. r-r távolság függvény maximuma, ha a szol kinetikailag stabil?
60. Hogyan változik a kölcsönhatási energia részecske-részecske távolság függvény maximuma inert elektrolitok töménységének növelésekor a diszperziós közegben?
61. Mit értünk aggregáció, koaguláció és flokkuláció alatt?
62. Mit nevezünk kritikus koaguláltató (flokkuláltató) koncentrációnak, és hogyan függ értéke az ellenionok elektromos töltésétől?
63. Írja fel a Schulze-Hardy szabályt!
64. Hogyan határozható meg a kritikus koaguláltató (flokkuláltató) koncentráció?
65. Hogyan állítana elő pozitív, ill. negatív felületi töltésű részecskéket tartalmazó AgI- hidroszolt?
KOLLOID RÉSZECSKÉK VONZÓ ÉS TASZÍTÓ KÖLCSÖNHATÁSA (folyt.)
66. Csoportosítsa az aggregáció lehetőségeit az ütközések hatékonysága szerint! Mi a sebesség meghatározó az egyes esetekben?
67. Írja fel az aggregáció sebességet az aggregálódó részecskék töménységének függvényében!
68. Mit fejez ki a stabilitási tényező (W)?
69. Hogyan határozná meg kísérletileg a stabilitási tényező értékét?
70. Semleges makromolekulákkal stabilizált szolok esetén adja meg a védőkolloid hatás feltételeit és magyarázza meg a kölcsönhatás természetét!
71. Adja meg a hídképző flokkuláció feltételeit és írja le a jelenséget!
72. Adja meg a kiszorulásos flokkuláció feltételeit és magyarázza meg a kölcsönhatás természetét!
73. Elemezze a diszperzió stabilitást makromolekulák jelenlétében!
74. Nevezze meg és értelmezze a kolloidstabilitásban szerepet játszó strukturális erőket!
75. Milyen típusú tenzidet alkalmazna negatív elektromos töltésű szilárd mikrofázisok hidroszoljának destabilizálására?
DEZAGGREGÁCIÓ, PEPTIZÁLÁS, ÜLEDÉKTÉRFOGAT
76. Adja meg és értelmezze a peptizálás lehetőségeit, ha inert, ill. ha sajátionokkal hoztuk létre az üledéket!
77. Írja le a peptizálás fontosabb lehetőségeit! Melyik módszert mikor alkalmazhatja?
78. Hogyan függ az üledékek térfogata az üledéket alkotó részecskék között megnyilvánuló erők (adhézió) nagyságától?
79. Mire utal, ha egy szuszpenzió diffúz, ill., ha éles határfelülettel ülepedik?
80. Mi a strukturált szuszpenzió és miben látja jelentőségét?
DISZPERZIÓK ELŐÁLLÍTÁSA, NUKLEÁCIÓ, KONDENZÁCIÓ,
81. Adja meg a diszperziók előállításának két fő irányát! Értelmezze az egyes folyamatok energetikáját!
82. Adja meg a góckeletkezést és a gócnövekedést leíró kifejezéseket!
83. Hogyan növelhetjük a diszperzitásfokot szilárd anyagok őrlése során? Miért nem érdemes egy idő után tovább folytatni az őrlést?
84. Adja meg az oldatból kiváló szilárd részecskék méretének (valamint a kolloid rendszer típusának) változását a relatív (fajlagos) túltelítettség függvényében (Weimarn-görbe)!
Melyik tartományban tud sok kis részecskét előállítani?
85. Egyetlen folyadék csepp keletkezése során milyen tagok összegzésével írható fel a szabadentalpia változás? Hogyan függ a szabadentalpia változás a gócsugártól az egyes tagokban?
86. Adja meg a góckeletkezés szabadentalpia változását (összefüggés vagy diagram)! Mi okozza a kondenzáció gátoltságát?
87. Mit nevezünk kritikus gócméretnek? Nagysága hogyan függ a túltelítettségtől?
88. Mutassa be a túltelítés hatását a kritikus gócméretre a szabadentalpia változás- gócsugár diagramon!
89. Mit nevezünk kontrollált hidrolízisnek a kolloid diszperziók előállítása során?
90. Milyen kiindulási vegyületből és milyen kémhatású közegben állítana elő Stöber- szilika részecskéket?
91. Milyen alakú, méretű és típusú részecskék keletkeznek a Stöber-módszer során?
92. Mit értünk a kolloid részecskék “méretkvantált” tulajdonsága alatt? Adja meg a jelenség kvalitatív magyarázatát!
93. Hogyan változik a félvezető nanorészecskék tiltott sáv energiája a részecskék méretének csökkenésével? Mit értünk kék eltolódás (blue shift) alatt?
KOLLOID RÉSZECSKÉK MÉRETE, ÜLEPEDÉS, OZMÓZIS, FÉNYSZÓRÁS
94. Definiálja a differenciális és integrális méreteloszlás függvények értékét a részecskék egy adott méreténél!
95. Mit fejez ki a szám-, ill. tömegszerinti átlag?
96. Mi az egyenetlenségi tényező (polidiszperzitás)?
97. Soroljon fel három részecskeméret (alak) meghatározási módszert!
98. Rajzolja fel bidiszperz részecskék differenciális és integrális méreteloszlás függvényeit!
99. Mit ért a részecskék gömbekvivalens sugara elnevezés alatt?
100. Hogyan függ az ülepedő részecske stacionárius ülepedési sebessége a részecske hidrodinamikai (gömbekvivalens) sugarától és a folyadék dinamikai viszkozitásától?
101. Hogyan határozza meg makromolekulás oldatokban a makromolekulák moltömegét ozmózisnyomás méréssel?
102. Théta állapotban levő makromolekulás oldatok redukált ozmózisnyomása hogyan függ a makromolekulák koncentrációjától?
103. Sorolja fel a fény anyaggal való kölcsönhatása során bekövetkező jelenségeket. Mi a feltétele a látható fény szórásának?
104. Adja meg a szórt fénynek a besugárzó fény hullámhosszától való függését Rayleigh- szórás esetén. Hozzon gyakorlati példákat!
105. Milyen színű fénnyel adna le egyértelmű fényjelzéseket ködös éjszakában, miért?
106. Hogyan függ a szórt fény intenzitása és polarizáltsága Rayleigh-szórás esetén a, a szórás irányától (sugártest) b, a besugárzó fény hullámhosszától c, a szórócentrum térfogatától?
FELÜLETI FESZÜLTSÉG, KÉTFOLYADÉKOS HATÁRFELÜLET, NEDVESEDÉS 107. Adja meg a felületi feszültség erő definícióját!
108. Adja meg a felületi feszültség energia definícióját!
109. Hogyan függ tiszta folyadékok felületi feszültsége a hőmérséklettől?
110. Mi a kapilláris nyomás, és hogyan függ a felületi feszültségtől?
111. Általános esetben adja meg a kapilláris nyomás görbületi sugár és felületi feszültség függését! Értelmezze a kapilláris nyomást katenoid felületre!
112. Adja meg az egyensúlyi kapilláris emelkedést tökéletesen nedvesítő folyadékot tartalmazó kapillárisban?
113. Hogyan függ az egyensúlyi gőznyomás a folyadékfelszín görbültségétől (Kelvin- egyenlet)?
114. Mit nevezünk izoterm átdesztillálásnak, ill. izoterm átkristályosodásnak?
115. Fejezze ki az adhéziós, a kohéziós munkát és a szétterülési együtthatót a (határ)felületi feszültségekkel!
116. Vezesse le a szétterülési együtthatót az adhéziós, illetve a kohéziós munkára vonatkozó összefüggésekből!
117. Döntse el az adatok alapján (azaz számítsa ki), hogy terül-e a benzol víz felszínén, ha elhanyagoljuk, illetve figyelembe vesszük a benzol vízoldhatóságát! (A benzol-levegő
határfelületen a víz elhanyagolható mértékben adszorbeálódik.) / 72 10 3 2 m
J
levegő víz
;
2 3 /
)
( 62 10
m J
levegő benzol
víz
; / 29 10 3 2
m J
levegő
benzol
; víz/benzol 3 2
m 10 J 35
118. Csoportosítsa a nedvesedési jelenségeket.
119. Mi a peremszög (kontaktszög)?
120. Hogyan tudja befolyásolni a nedvesedő/nedvesítő képességet?
121. Mi a kritikus felületi feszültség? Hogyan határozható meg?
122. Definiálja a haladó és hátráló peremszögeket!
123. Mit ért peremszöghiszterézis alatt?
124. Mik azok a szuperhidrofób felületek? Mi a feltétele a szuperhidrofób viselkedésnek?
ADSZORPCIÓ, VIZES OLDATOK FELÜLETI FESZÜLTSÉGE 125. Az i-edik komponens határfelületi többletének elvi definíciója!
126. Definiálja a relatív felületi többletkoncentrációt!
127. Mit értünk pozitív, ill. negatív adszorpción? Víz-levegő határfelületen mely anyagokra jellemző, és miben nyilvánul meg?
128. Mi alapján különbözteti meg egymástól a kapilláraktív és kapillárinaktív anyagokat?
129. Adja meg vizes oldatok felületi feszültségének megváltozását az oldott anyag töménységének függvényében!
FELÜLETI HÁRTYÁK, GŐZ- ÉS ELEGYADSZORPCIÓ, PÓRUSOK
129. Adja meg az oldhatatlan monomolekulás filmek oldalnyomását a filmmel borított vízfelszín felületi feszültségének függvényében.
130. Hogyan határozza meg oldalnyomás – terület izotermákból amfipatikus molekulák molekulakeresztmetszeti területét?
131. Hogyan állítana elő Langmuir–Blodgett-filmeket?
132. Mi az adszorbens, adszorptívum és adszorbátum?
133. Sorolja fel a gőzadszorpció legfontosabb típusait az adszorbens és adszorbátum kölcsönhatása szerint, ill. az adszorpciós határréteg szerkezete szerint!
134. Rajzoljon fel egy Langmuir-típusú adszorpciós izotermát!
135. Milyen elven tudja meghatározni az adszorbensek fajlagos felületét gőzadszorpció mérése során?
136. Mit ért mikro- mezo- és makropórus alatt?
137. Ismertesse a pórusméret eloszlás gőzadszorpciós meghatározására szolgáló módszer elvi hátterét!
138. Mit mér és minek a függvényében Hg-poroziméterrel? Mit számít ki a kísérleti függvény alapján?
139. Mit jelez az elegyadszorpciós többletizotermák azeotrópos pontja?
TENZIDEK, MICELLÁK
140. Sorolja fel a felületaktív anyagok legfontosabb típusait! Hozzon egy-egy példát!
141. Mit jellemez a HLB-érték? Melyiknek nagyobb a HLB-értéke: egy O/V emulgeátornak, vagy egy V/O emulgeátornak?
142. Mi a kritikus micellaképződési koncentráció (CM)? Hogyan határozható meg?
143. Hogyan határozná meg a kritikus micellaképződési koncentrációt vizes oldatokban az ozmózis nyomás, a felületi feszültség, ill. a turbiditás mérésével? Adja meg a meghatározás alapjául szolgáló kísérleti függvények alakját!
144. Mely tömbfázis jelenségre következtethet asszociációs kolloidok felületi feszültségének méréséből és hogyan?
145. Milyen szempontok figyelembevételével értelmezhető a CM nagysága?
146. Hogyan függ a CM nagysága az apoláris molekularész (szénlánc) kiterjedésétől?
147. Hogyan függ a CM nagysága a poláris molekularész polaritásától?
148. Elemezze a hőmérséklet hatását a CM nagyságára?
149. Miért keletkezhetnek micellák endoterm folyamat során?
150. Miért nőhet a konfigurációs entrópia a micellaképződés során?
151. Milyen micella-típusokat ismer vizes közegben? Rajzolja fel sematikus képüket!
152. Vázolja fel egy egylamellás, illetve egy többlamellás vezikula (liposzóma) szerkezetét! Milyen szerkezeti rokonságot lát az élő sejtmembránok és ezek között? Mire alkalmazhatóak?
153. Mi a micellaképződés termodinamikai hajtóereje vizes, ill. nemvizes oldatokban?
154. Mi segíti elő a fordított micellák keletkezését nemvizes közegekben? Milyen típusú kolloid rendszer alakulhat így ki?
155. Mi a Krafft-hőmérséklet, és mivel magyarázható a Krafft-jelenség?
156. Mi a felhősödési hőmérséklet, és mivel magyarázható a felhősödési jelenség?
157. Mi a szolubilizáció, és mi a jelentősége?
158. Mi a szerepe mosáskor a felületaktív anyagoknak?
159. Mi az alapja tervezett méretű és alakú nanorészecskék előállításának reverz (fordított) micellás kolloid rendszerekben (azaz mikroemulziókban)?
HABOK, EMULZIÓK
160. Sorolja fel az emulgeátorok és a habképző anyagok legfontosabb típusait!
161. Hogyan fejtik ki hatásukat az emulgeátorok és a habképző anyagok?
162. Milyen anyagú habokat ismer?
163. Hogyan jellemezné a habok stabilitását? Adja meg a mérési módszert!
164. Hogyan jellemezné a habképző anyagok habzóképességét? Adja meg a mérési módszereket!
165. Milyen szerkezetűek lehetnek a habok, és mi az a Plateau-tartomány?
166. Mi a Gibbs–Marangoni-hatás?
167. Mi gátolja, ill. mi segíti elő a hab megszűnését?
168. Miért lehetnek színesek a buborékokat elválasztó folyadékhártyák? Mik azok a fekete filmek?
169. Mi a habzásgátlás lényege?
170. Mi a habflotálás és a habkromatográfia lényege és jelentősége?
171. Mit ért az emulziók jellegén? Milyen típusait ismeri?
172. Mi szabja meg a keletkező emulzió jellegét?
173. Hogyan döntené el kísérletileg az emulzió jellegét?
174. Mi az alapvető különbség a makro-, mini- és mikroemulzió között?
175. Mit ért a cseppállandóság megszűnésén?
176. Mit ért emulzió átcsapása alatt? Hozzon rá példát!
177. Egymással nem elegyedő folyadékokból (pl. vízből és paraffin olajból) O/V (olaj-a-vízben) típusú emulziót kíván előállítani. Milyen elveket tart szem előtt az emulgeátor kiválasztásánál?
Miért?
178. Mi a vaj és tejszín közötti alapvető különbség?
179. Mit gondol, mi a különbség a nappali (nem fénylik használata után a bőr) és az éjszakai (használata után fénylik a bőr) krémek között?
REOLÓGIA
180. Értelmezze a nyírófeszültséget és a deformációsebességet tiszta nyírás esetén!
181. Adja meg a reológiai viselkedés alaptípusait (egyenletek v. grafikonok)!
182. Hozzon gyakorlati példát az ideálisan rugalmas és ideálisan viszkózus testekre!
183. Rajzolja fel a newtoni folyadékok folyásgörbéjét! Hogyan számíthatja ki ebből a folyadék dinamikai viszkozitását?
184. Milyen paraméterek kapcsolatát mutatja a kúszás-, ill. a folyásgörbe?
185. Minek a hányadosa mutatja a reológiai viselkedés viszonylagosságát?
186. Hogyan értelmezi azt az állítást, miszerint még a hegyek is folynak?
187. Hogyan függ a híg diszperziók fajlagos viszkozitása ideális esetben a részecskék térfogati törtjétől?
188. Mi a jellemző viszkozitás és mit tud belőle kiszámítani?
189. Rajzolja fel a tömény diszperziók jellemző folyásgörbéit!
190. Adja meg a dilatanciát mutató anyagok folyásgörbéjét! Mitől függ ezeknek az anyagoknak a viszkozitása?
191. Adja meg a szerkezeti belső súrlódást mutató anyagok folyásgörbéjét! Mitől függ ezeknek az anyagoknak a viszkozitása?
192. Adja meg a tixotrópiát mutató anyagok folyásgörbéjét! Mitől függ a tixotróp anyagok viszkozitása?
193. Adja meg a szerkezeti belső súrlódást, ill. tixotrópiát mutató anyagok nyírásra bekövetkező viselkedésének közös és eltérő vonásait!
194. Mi az alapvető különbség a tixotrópia és a szerkezeti viszkozitás között?
195. A kaolinit részecskék milyen speciális szerkezetben aggregálódnak vizes közegben és miért?
196. Az A és B minta összetétele megegyezik. Mindkettő ugyanannak az anyagnak ugyanolyan töménységű vizes közegű diszperziója. Közepes értékű, állandó deformáció sebességnél tanulmányozva viszkozitásukat azonban az ábrán látható meglepő viselkedést tapasztaljuk. Mi ennek az oka, és milyen folyástani viselkedés áll ennek hátterében?
